CC BY
28
УДК 621.18
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ФАКЕЛЬНОГО СПАЛЮВАННЯ СУМ1Ш1 П1СНОГО ВУПЛЛЯ I ЗОЛИ
А. О. Капустянський1
Дослщжено змши у структурi паливоспоживання тепловими електростанцшми Украши внаслщок зупинки поставок донецького антрациту та визначено основнi завдання для збереження функцiональностi вугшьно! галузi. Проаналiзовано можливють вико-ристання непроектного твердого палива, шляхом його факельного спалювання в енер-гетичних котлах на короткочасну перспективу. Представлено результати експертних випробувань котлiв марок ТП-15 з дослщженням факельного спалювання рiзних комбь нацш золи антрациту i пiсного вугшля. Розглянуто питання iснування синергетичного ефекту за спалювання бшарних сумiшей вугшля з рiзним метаморфiзмом.
Ключов1 слова: котел, зола, факельне спалювання, антрацит, шсне вугiлля, синерге-тичний ефект, рщке шлаковидалення.
Актуальнiсть теми. За останш 25 рокш питанню реформування паливно-енергетичного комплексу (ПЕК) Украши практично не придiляли уваги. Тому дед^ бiльш запущеними ставали таю об'екти галузi як тепловi електростанцц (ТЕС) i теплоелектроцентралi (ТЕЦ), вупльш шахти та фабрики вуглезбагачен-ня. Головною особливiстю роботи ТЕС (ТЕЦ) е 'х нацiленiсть на використання вугшьного палива мiсцевих родовищ iз забезпеченням максимально!' ефектив-ностi його спалювання завдяки специфiцi котельного обладнання [1-2]. У перь од 2010-2013 рр. укра'нський вугiльний ринок практично збалансувався, тобто задовольняв вимоги ТЕС (ТЕЦ) у твердому паливi за кшькктю i розподiлу за марками, проте зупинка поставок донецького антрациту (АШ) порушила вста-новлену ршновагу [3].
На сьогодш бiльшiсть антрацитових котлiв змушенi працювати на шсному вугiллi (П) з великим вмктом летких речовин або його сумiшi з АШ. Зараз у нас кнують значнi запаси i потужносп з видобутку газово! групи вугшля марок Г, ДГ [3-4]. Однак в Украíнi недостатньо пiсного вуплля, щоб забезпечити всi котлоагрегати, що працюють на АШ. Тому виникае потреба в пошуку шляхш виртення iснуючоí проблеми, одним з яких може бути спалювання бiнарних сумшей золи АШ з вугiллям iншоí мiри метаморфiзму, наприклад з маркою П або Г, реакцшна здатнкть яких набагато вища [4]. Шд час спалювання зазначе-них вище сумiшей особливу увагу потрiбно придшяти умовам рiдкого шлаковидалення та проектного сшвввдношення розподiлу тепла мiж топкою i конвективного частиною котла. Саме необхщнкть спалювання непроектних марок вугшля на кнуючому котельному обладнаннi з використанням маловитратних конструктивних доробок сформувала потребу в цьому дослщженш.
Мета роботи. Дослвдження змiн у структурi паливоспоживання ТЕС (ТЕЦ) Украши. Забезпечення можливосп безпечного та економiчного спалювання в антрацитових котлоагрегатах ТП-15 Дарницько! ТЕЦ сумiшi вiдпрацьованоí золи антрациту з вугшлям марки " П", за умови не перевищення виходу летких речовин у сумiшi 15 %.
1 пров. шженер А.О. Капустянський - ПрАТ "Техенерго"
Виклад основного матерiалу. Велика кiлькiсть котлiв ТЕС (ТЕЦ) Украши через малi обсяги ремонтiв i фiзичне зношення устаткування [7], у разi факельного спалювання проектного антрациту, працюють з ККД ~ 80 %. Як показують дослiди, спалювання АШ пов'язано з наднормативними тепловими втратами мехатчного недопалу, рiвень якого досягае ~ 10-15 %, а частка газу, потрiбного для забезпечення стiйкого горiння та нормального рiдкого шлаковидалення, становить ввд 10 до 20 % тепла [1, 8].
Зупинка поставок донецького АШ призвела до потреби придбання закордонного вуплля, а саме росiйського вугiлля марки П (Прокоп'евськ) з виходом летких речовин ~ 15 %, що дало змогу ктотно знизити дефiцит антрациту, на спалювання якого були розраховаш котлоагрегати ТП-15.
Але, при переходi на iмпортоване вугiлля марки П, виникла цша низка проблем. По-перше, у деяких париях пiсного вугшля, що надайшло на склад Дарницько!' ТЕЦ, вмiст летких речовин перевищував межу безпечного спалю-вання що потребуе розбавлення його менш реакцiйним вугiллям.
По-друге, тугоплавка зола погано виводиться з котлоагрегату, нагромаджу-ючись у значнiй кiлькостi на подi котла та вимагаючи його зупинки для роз-шлакування. По-трете, на сьогоднi не вирiшено проблему зi стабiльним поста-чанням вуплля на ТЕЦ та нагромадження його на зимовий перюд.
Можливим iз способш спалювання сумiшi АШ i П е використання активатора горiння, наприклад КЕБИХСО, який довiв позитивний вплив на зменшен-ня механiчного недопалу та полегшення шлаковидалення [9]. 1ншим варiантом виршення згаданих вище проблем може бути додавання в iснуюче паливо давно!' частини летко!' золи власного виробництва, що в значнiй кшькосп нагрома-джена на золовiдвалах Дарницько!' ТЕЦ.
Розбавлення золою тсного вуплля знижуе до безпечного рiвня вмкт летких речовин та температуру плавкосп золи сумiшi, що дасть змогу рдаш золi антрациту, витжаючи iз котла, " захоплювати" iз собою тугоплавку золу вуплля марки П. Також допалювання залишкового вуглецю золи виносу (вмiст якого ~ 20-30 %) викликае зацiкавленiсть з погляду економií вугiлля. Котельний агрегат ТП-15, на якому проводили випробування - однобарабанний, пиловупльний, з рвдким шлаковидаленням (табл. 1).
Табл. 1. Характеристика пиловуггльного котла ТП-15
Найменування Розмiрнiсть Значення
Паропродуктивнiсть т/год 220
Тиск гостро1 пари кгс/см2 100
Температура перегрiтоí пари оС 540
Температура живильно'1 води оС 215
Котел розрахований на спалювання Донецького вуплля марки АШ з характеристиками робочо!' маси (табл. 2).
Треба зазначити, що кнуе низка особливостей котлiв, яй ускладнюють пи-ловидне спалювання антрациту, наприклад:
• недостатня висота топки та вщсуттсть перетину, що зменшуе повноту вигоряння пилу i збiльшуе механiчний недопал;
• недостатня для АШ температура первинного повиря (менше нiж 340оС);
• застарша конструкц1я пальникiв (вiдсутнiсть вихрово! ежекцп димових газiв до кореня факелу), що ускладнюе займання пилу.
Табл. 2. Проектш характеристики Донецького АШ для котла ТП-15
Найменування Розмiрнiсть Значення
Середня нижча теплота згорання, ккал/кг 6000
Вологiсть, Ш % 6,5
Зольнiсть, Аг % 17,3
Температура початку деформацп золи оС 1100
Температура плавления золи оС 1350
Вихщ летких речовин, V % 4,0
З огляду на щ особливосп, спалювання донецького АШ з калоршнктю 5500-5700 ккал/кг зазвичай потребуе газового тдсв1чування з витратою газу за номшального навантаження близько 2700 нм3/год для стабшзацл умов займання факелу та р1дкого шлаковидалення. Результати техшчного анал1зу вугшля марки П та золи з золовдаалу, що в подальшому спалювались шд час дослвдв, наведено у табл. 3.
Табл. 3. Характеристики золи антрациту та вугйгля марки "П"
Ж %
у™, %
Параметр
Ш, %
Ш", %
А", %
А, %
V", %
У", %
У, %
Рлг, ккал/кг
Вугшля П
8,83
0,78
20,05
20,21
18,42
13,42
10,62
1,50
1,35
5839
Зола
12,4
0,12
73,20
73,29
64,20
6,18
1,65
0,48
0,42
1003
З результатов розрахунку калоршносп видно, що 11 ктотне зниження дае робоча волога. Тобто, якщо в подальшому використовувати золу виносу, то краще 11 брати сухою та гарячою з рециркуляцп, а не з золовдаалу. Тим бшьше, що шдвищена вологкть золи може перешкоджати процесу пилоприготування, попршуючи розмельш та сушильш властивосп пилосистеми 1 млина.
Спалювання сумiшi вугшля марок "АШ" та "П" без додавання золи виносу за ствввдношення 25/75 %. Метою цього досл1ду було визначення ви-хвдних характеристик роботи котлоагрегата шд час спалювання палива без додавання золи. Надал1 1х було використано для пор1вняння з наступними режимами шд час спалювання вугшля марки П у сум1ш1 з1 золою АШ (табл. 4).
Витрата природного газу на шдсв1чування становила 2400 нм3/год. Надал1 така витрата газу зберкалась у вс1х наступних дослщах.
Спалювання сумiшi золи "АШ" та вугшля "П". Приготування сум1ш1 ввдбувалося на шдготовленому майданчику паливного складу шляхом багатора-зового перемшування ковшем навантажувача штабеля вугшля та золи. Шд час проведення дослщу з додаванням 10 % золи ктотних змш у робоп котлоагрега-ту не спостеркалось. Витрата природного газу на шдсв1чування не змшювалась 1 становила 2400 нм3/год. Режим виходу рвдкого шлаку також залишився без змш (див. табл. 4).
Збшьшення частки летко! золи до 20 % ктотно шдвищило зольнкть сумь ш1 до А^=28,97 % та знизило калоршнкть до <2,'=4634 ккал/кг у проб1 сирого вугшля та до 3879 ккал/кг у вугшьному пилу. За тако1 змши показнитв якост1 вугшля варто було очжувати понижения температур у топщ та можливого збшьшення витрати природного газу на шдсв1чування.
Однак, навиь за таких показникiв якостi палива витрата природного газу на пiдсвiчування не збшьшувалась зi збереженням уах поIрiбних параметров роботи котлоагрегату.
Пiд час проведения дослiду з додаванням 20 % летко! золи до сумiшi ввд-булись такi змiни в режим спалювання, а саме:
• шдвищення температури факелу на рiвнi пальниюв на 30-50°С;
• пiдвищення температури факелу у льотщ на 10-15°С;
• полiпшення виходу рiдкого шлаку та часткове розшлакування льоток.
Табл. 4. Основт показники спалювання бтарних сулишей твердого палива
Склад бшарно' сумiшi палива АШ25 %/ П 75 % П90 %/ зола 10 % П80 %/ зола 20 %
Парове навантаження котла, т/год 217 213 220
Тиск у барабанi, кгс/см2 102 101 100
Температура перегрiтоí пари, °С 526 536 540
Тиск перегрига пари, кгс/см2 93 92 91
Температура живильно'1 води, °С 224 226 225
Тиск живильно'1 води, кгс/см2 147 148 148
Тиск гарячого повиря, кгс/м2 212/220 190/200 210/210
Тиск холодного повiтря, кгс/м2 358/344 340/320 319/319
Температура гарячого повиря, °С 288/288 315/325 312/312
Розрiдження в топщ, мм.вод.ст. -0,4 -0,5 -1,0
Температура вiдхiдних г^в, °С 134/101 136/103 150/101
Вмiст О2 в режимному перетит, % 3,9/3,7 4,5/4,2 3,6/2,8
Вмiст СО в режимному перетит, ppm 93/82 29/41 31/42
Вмiст СО2 в режимному перетинi, % 15 14 13
Вмют NОx в режимному перетинi, ppm 722 912 922
Витрата газу на пiдсвiчування, нм3/год 2400 2400 2400
Температура ширм, вiдм. 30 м, °С 1040 1030 1040
Температура факелу на рiвнi пальникiв, °С 1541 1557 1594
Температура факелу в льотщ, °С 1504 1515 1523
Спостережна температура шлаку, °С 1386 1398 1401
Вмiст горючих у винои, % 29 22 16
Треба зазначити, що при вiзуальному спостереженнi, кшьккть виходу рвд-кого шлаку збшьшилась не пропорцiйно вiд збшьшення потрапляння золи з ву-гiддя та летко! золи антрациту. Це свдаить про виплавляння з котлоагрегату золи, яка була рашше нагромаджена у нижнiй частинi топки. Таке явище можна пояснити тим, що легкоплавка зола антрациту за кондуктивно! теплопередачi добре розiгрiваe та розплавляе тугоплавку золу пiсного вугiддя i захоплюе 11 разом зi собою до системи шлаковидалення.
Протягом усх експериментiв значення Vd не перевищувало 15 %, що було важливою вимогою з погляду пожежно! безпеки тд час проведення дослвдш.
У разi додавання летко! золи до палива, його зольнкть дещо збiльшуеться, а разом iз цим збiдьшуеться витрата паливно! сумiшi на котел. При цьому варто очжувати збшьшення витрат едектроенергií на власш потреби (витрати елек-троенергií на млини, млиновi вентилятори, пиложивильники тощо). У цiй робо-тi не ставилось завдання з визначення змш витрат на вдаснi потреби шд час ро-боти котл1в з додаванням летко!' золи. Але, в рамках ще! роботи, той обсяг вимь
рювань, що був виконаний та характеризував витрату на власш потреби, оче-видних змш та закономiрностей не виявив.
Висновки та рекомендацп. Проведенi теплотехшчш випробування показали принципову можливкть використання як палива сумiшi вугшля марки П з леткою золою антрациту власного виробництва без попршення якiсних показ-никiв роботи котлоагрегату та без додаткового збiльшення витрати природного газу на пiдсвiчування.
Додавання летко! золи антрациту до шсного вугшля, що мае пiдвищену температуру плавкосп золи, сприятливо впливае на процес рiдкого шлаковида-лення - легкоплавка зола антрациту, стжаючи з поду котла до системи шлако-видалення, захоплюе зi собою частинки тугоплавкого шсного вуплля та виво-дить !х iз собою назовнi.
Додавання летко! золи до складу сумiшi призводить до незначно! економи (на рiвнi вiд 1,4 до 2,8 %) палива, а збшьшення його зольностi - до збшьшення витрати вугiлля до 25 %, що своею чергою, призводить до незначного збшьшення витрат електроенергп на власнi потреби.
Розрахунки за даними проведених теплотехнiчних випробувань показують, що залишковий вуглець у золi виносу антрациту при повторному допалюванш у топцi мае ступiнь конверсп не бiльше 0,3, тобто вигоряе тшьки на 30 %. Зага-лом, за додавання золи зi залишковим вуглецем зниження витрати вугшля буде зовс1м незначним, тому потрiбно розглядати додавання золи як споаб зниження газового пiдсвiчування за рахунок покращення текучостi шлаку.
Лггература
1. Капустянський А.О. Динашка змши якост твердого палива, що надходить на ТЕС // Проблеми енергозбереження та шляхи 1х внршення : матер. М1жнар. наук.-техн. конф., квгтень 2013, Харйв. - С. 131-135.
2. Коваленко О.В Стан та перспективи розвитку паливно-енергетичного комплексу в Украхш // Галицький економ1чнпй в1сник : зб. наук. праць. - Тернопшь : Вид-во ТНТУ. - 2015. -Т. 48. - № 1. - С. 18-25.
3. Гапонич Л.С. Коротка характеристика сучасного стану роботи ТЕС Украши / Л.С. Гапонич, Л.С. Дунаевська, С.В. Яцкевич // Вугшьна теплоенергетика: проблеми реабштацл та розвитку : зб. тез доп., 2014. - С. 79-82.
4. Чернявский Н.В. Опыт сжигания топливных смесей на ТЭС Украины и требования к их составлению / Н.В. Чернявский, И.Л. Голенко, Ю.Н. Филиппенко, Е.В. Рудавина // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии : сб. науч. стат. - К. : Изд-во НПВК "Триакон". - 2010. - Вып. 3(5). - С. 104-108.
5. Пономарьов С.В. Особливост шституцюнал1заци украшського енергоринку та 1х вплив на цшову полпику у паливно-енергетичному комплекс // Научные журналы НТУ "ХПИ". -Сер.: Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. - Харюв : Вид-во НТУ "ХПИ". - 2013. -№ 1. - 123-129 с.
6. Можливост збереження пиловугшьного палива в котлоагрегатах ТЕС / В.В. Платонов та ш. // Енергетика та електрифжацк : зб. наук. праць. - К., 2010. - № 1. - С. 2-5.
7. Тимошик А.М. Визначення ощадних умов роботи зношених енергоблокв / А.М. Тимошик // Енергетика та електрифжацк : зб. наук. праць. - К., 2012. - № 5. - С. 31-35.
8. Капустянський А.О. Вплив характеристик палива та режимних фактор1в на роботу коилв // Науков1 шдсумки 2012 р., наук.-практ. конф., грудень 2012, Харюв. - С. 25-26.
9. Капустянский А.А. Влияние катализатора горения на эффективность работы паровых котлов / А. А. Капустянский // Теплоенергетика : сб. науч. тр. - 2014. - № 9. - С. 50-56.
Надтшла доредакцп 21.08.2016р.
Капустянский А.А. Исследование факельного сжигания смеси тощего угля и золы
Исследованы изменения в структуре топливопотребления тепловыми электростанциями Украины вследствие остановки поставок донецкого антрацита и определены основные задачи для сохранения функциональности угольной отрасли. Проанализирована возможность использования непроектного твердого топлива, путем его факельного сжигания в энергетических котлах на кратковременную перспективу. Представлены результаты экспертных испытаний котлов марок ТП-15 с исследованием факельного сжигания разных комбинаций золы антрацита и тощего угля. Рассмотрен вопрос существования синергетического эффекта при сжигании бинарных смесей углей с разной степенью метаморфизма.
Ключевые слова: котел, зола, факельное сжигание, антрацит, тощий уголь, синерге-тический эффект, жидкое шлакоудаление.
Kapustyanskyy A.O. Ways of Increasing Reliability and Efficiency of Non-project Solid Fuel Burning
We have studied the changes in the structure of fuel consumption by thermal power plants of Ukraine as a result of stopping the supply of anthracite fom Donetsk and the main objectives to preserve the functionality of the coal industry. The possibility of non-project use of solid fuels, through its flaring in power boilers at the short-term perspective, is studied. The results of expert testing of boilers TP-15 brands with research flaring different combinations of ash anthracite and lean coal are presented. The problem of the existence of a synergistic effect on burning coals of binary mixtures with different degrees of metamorphism is investigated.
Keywords: boiler, ash, flaring, anthracite, lean coal, a synergistic effect, liquid ash removal.
УДК 539.3
АНАЛ1З КОНТАКТНО! ВЗАеМОДН ПРУЖНИХ ЕЛЕМЕНТ1В ПЛАСТИНЧАСТОГО В1БРО1ЗОЛЯТОРА В.1. Корсак1,2
Розглянуто обернену задачу контактно! взаемодн двох лшшно-пружних, симетрично викривлених пластин, випрямлення яких у процес монтажу забезпечуе рiвномiрне об-тискання багатошарово! пружини, виконано! у виглядi пакету пластин, i спричиняе ста-лий тиск на поверхнях контакту елементш пружини, що сприяе шдвищенню демпфу-вально! здатност пластинчастого вiброiзолятора за рахунок використання конструк-цшного тертя. Поставлену задачу розв'язано у геометрично нелшшнш постановщ iз за-лученням некласично! теори балок С. Тимошенка, з одночасним урахуванням деформа-цш згину та зсуву, без накладання будь-яких обмежень на значення лiнiйних i кутових перемщенъ. У параметричнiй формi отримано вирази узагальнених навантажень, координат серединних поверхонь викривлених пластин, перемщенъ та деформацш, що за-безпечують заданий ршень рiвномiрного контактного тиску, а також отримано аналь тичний розв'язок поставлено! задачi в лшшнш постановцi.
Ключовi слова: пластинчастий вiброiзолятор, багатошарова пружина, демпфувальна здатнiсть, обтискання викривленими пластинами, обернена контактна задача взаемодн пластин.
Постановка проблеми. Проблемi розтння енергií в системах з конструк-цiйним демпфуванням у науковiй лiтературi придалено значну увагу. Широкий
1 acnip. В.1. Корсак - НУ "Львгвська полггехнка";
2 наук. кер1вник: проф. €.В. Харенко, д-р техн. наук - НУ "Льв1вська полггехнка".
